DE19512613C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Empfindlichkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen des Anspruchs 3.

Bei der Auswertung von Signalen mit signifikant veränderli­ cher Spannungshöhe besteht das Problem, daß die Empfindlich­ keit bei kleiner Signalspannung zu gering ist und bei hoher Spannung zu groß wird. Diese Problematik tritt besonders bei der Auswertung der Ausgangssignale von induktiven Drehzahl­ gebern auf. Solche induktive Drehzahlgeber werden beispiels­ weise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, zur Ermittlung der Drehzahl einer rotierenden Welle, beispielsweise der Kurbel­ welle, der Nockenwelle, der Getriebeabtriebswelle oder der Drehzahl eines Rades.

Solche induktive Drehzahlgeber tasten beispielsweise eine mit der entsprechenden Welle in Verbindung stehende mit der entsprechenden Drehzahl rotierende Scheibe ab, die an ihrer Oberfläche eine gewisse Anzahl von Winkelmarken aufweist. Die beim Vorbeilaufen auftretenden Induktivitätsänderungen verursachen im Geber Spannungsimpulse. Aus dem Abstand der Spannungsimpulse läßt sich die Drehzahl ermitteln. Solche Geber liefern jedoch eine mit der Drehzahl bzw. mit der Frequenz stark ansteigende Ausgangsspannung. Die Höhe dieser Spannung variiert zudem noch in Abhängigkeit von den Geber­ toleranzen und vor allem vom Abstand zwischen dem Geber und dem Geberrad.

Die Auswertung solcher Signale erfolgt üblicherweise mittels elektronischer Schaltungen, die in der Regel eine Tief­ paßcharakteristik haben, wodurch eine sinkende Empfindlich­ keit mit steigender Drehzahl erhalten wird.

Ein Problem bei solchen Auswertungen besteht darin, daß die Schaltungen auf das kleinste in Abhängigkeit von den Geber­ parametern und Toleranzen mögliche Eingangssignal einge­ stellt werden und dadurch üblicherweise unnötig empfindlich sind. Aus diesem Grund sind solche Schaltungen auch für Störsignale sehr anfällig.

Am Beispiel der Getriebesteuerung ergeben sich speziell Probleme dadurch, daß optimal montierte Geber mit möglichst nahe am Geberrad angebrachten induktiven Aufnehmern, die eigentlich ein großes Nutzsignal liefern, bei Schwingungen des Antriebsstranges im Stand (Vibrationen) ein Ausgangssi­ gnal liefern, das zur Triggerung der empfindlich eingestell­ ten Auswerteschaltung führt. Dies führt dann möglicherweise schon im Stand zu ungewollten Gangwechseln.

Die Problematik, die sich bei der Auswertung der induktiven Drehzahlgebersignale ergibt, ist beispielsweise aus der DE 31 27 220 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung wird zur Kompensation der drehzahlabhängigen Spannungshöhe die Geberspannung vor der Zuführung zu einer nachfolgenden Schwellwertstufe abhängig von der bei der vorherigen Abtastung ermittelten Amplitude der Geberspannung verscho­ ben. Mit einer solchen Anordnung lassen sich allerdings Montagetoleranzen und ähnliches nicht ohne weiteres kompen­ sieren.

Eine Einrichtung zur Messung einer Variablen, bei der eine Empfindlichkeitsanpassung durchgeführt wird, ist aus der DE 41 42 698 A1 bekannt. Dabei werden die Ausgangssignale eines Beschleunigungsaufnehmers ausgewertet, mit dessen Hilfe die Verzögerungen des Fahrzeugs bei einem Aufprall auf ein Hindernis von sonstigen Beschleunigungen bzw. Verzöge­ rungen unterschieden werden sollen. Da sich die zu erwarten­ den Beschleunigungen über einen beträchtlichen Bereich er­ strecken, ist vorgesehen, das Ausgangssignal des Beschleuni­ gungssensors in einem Verstärker mit veränderbarer Verstär­ kung so zu beeinflussen, daß im Bereich kleiner Beschleuni­ gung eine hohe Empfindlichkeit und im Bereich großer Be­ schleunigung eine kleine Empfindlichkeit erhalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist, die Auswertung von Ausgangssignalen von Gebern, deren Spannungshöhe stark veränderlich ist, zu verbessern. Solche Geber sind zum Beispiel Induktivgeber, die beim Vorbeilaufen von rotierenden Teilen Spannungsimpulse abgeben.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die Kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe durch die Kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 3 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Empfindlich­ keit bei einer Vorrichtung, in der Signale mit signifikant veränderlicher Spannungshöhe ausgewertet werden sollen, hat den Vorteil, daß die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung der minimalen Ausgangsspannung des Gebers optimal angepaßt werden kann, so daß besonders zuverlässige und genaue Messungen möglich sind. Erzielt wird dieser Vorteil, indem die Auswerteschaltung Mittel aufweist, durch die die Empfindlichkeit stufenweise während des Betriebes einstellbar ist. Es wird dann das Signal bei geringer Spannungshöhe mit einer hohen Empfindlichkeit abgetastet und die Empfindlichkeit so lange verringert, bis das Signal nicht mehr erfaßt wird. Danach wird wieder eine Stufe zurückgegangen, so daß sichergestellt ist, daß eine Anpassung derart erfolgt ist, daß die Empfindlichkeit so gering wie möglich und so groß wie unbedingt nötig ist.

Weitere Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Besonders vorteilhaft ist, daß eine adaptive Einstellung während des Betriebes der Schaltung erfolgen kann und daß eine einfache, kostengünstige Schaltung die Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ermöglicht.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Figur ist der Geber, dessen Ausgangssignal ausgewer­ tet werden soll, mit G bezeichnet. Der Geber ist beispiels­ weise ein induktiver Drehzahlgeber.

Das Ausgangssignal S1 des Gebers G wird über die Widerstände R1, R2, zwischen denen noch ein Kondensator C liegt, dem Komparator K, beispielsweise einem Operationsverstärker zu­ geführt. Zwischen dem nicht invertierenden Eingang und dem invertierenden Eingang des Komparators K liegen zwei zueinander antiparallel geschaltete Dioden D1 und D2. Der invertierende Eingang des Komparators K ist über eine Spannungsquelle Q gegen Masse geschaltet. Diese Spannungs­ quelle Q legt den invertierenden Eingang des Komparators K auf eine konstante Spannung von etwa 2,5 V. Die beiden Dioden D1 und D2 stellen sicher, daß die Eingangsspannung des Komparators K unabhängig von der Spannungshöhe des Signales S1 auf ca. 0,7 V begrenzt wird.

Der Ausgang des Komparators K, z. B. eines Operationsver­ stärkers, an dem die Spannung S2 auftritt, steht mit einem Mikrocomputer µC in Verbindung mit dessen Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt.

Der Mikrocomputer µC ist über Steuerleitungen St1 und St2 mit einem Decoder D verbunden, dieser Decoder D steuert Stromquellen SQ1, SQ2, SQ3, SQ4 an, die zwischen dem nicht invertierenden Eingang des Komparators K und dem Ausgang des Komparators K liegen.

Die Stromquellen SQ1 bis SQ4 sind einzeln oder gemeinsam zu­ schaltbar, sie liefern die Ströme I1, I2, I3, I4. Über die Zuschaltung der einzelnen Stromquellen wird die Empfindlich­ keit der Auswerteschaltung eingestellt.

Der Komparator K, die Dioden D1, D2, die Spannungsquelle Q sowie die Stromquellen SQ1 bis SQ4 und der Decoder D können in einem anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis IC realisiert werden. Bei dem in der Figur dargestellten Bei­ spiel ist sowohl der IC als auch der Mikrocomputer im Steuergerät SG einer Brennkraftmaschine oder eines Automa­ tikgetriebes integriert. In Verbindung mit einer Auswertung beliebiger Gebersignale kann die integrierte Schaltung IC sowie der Mikrocomputer µC jeweils als eigenständiges Bau­ element aufgebaut sein. Die Eingangswiderstände R1, R2 sowie der Kondensator C können an geeignet wählbarer Stelle zwi­ schen dem Geber G und dem Komparator K angeordnet sein.

Mit der in der Figur dargestellten Auswerteschaltung kann die Empfindlichkeit durch Zu- oder Abschalten der Stromquel­ len SQ1 bis SQ4 in mehreren Inkrementen bzw. Stufen während der Auswertung adaptiv eingestellt werden. Für das Beispiel einer Getriebesteuerung ergeben sich speziell Probleme dadurch, daß optimal montierte Geber, die nahe am Geberrad montiert sind, eigentlich ein großes Nutzsignal liefern. Bei Schwingungen des Antriebsstranges liefern sie infolge von Vibrationen ein Ausgangssignal, das zur Triggerung einer empfindlich eingestellten Auswerteschaltung führt. Es wird deshalb nach der Montage bei einer ersten Inbetriebnahme der Anordnung bei einer niedrigen insbesondere einer fest defi­ nierten Drehzahl das von Induktivgeber G gelieferte Signal mit einer hohen Empfindlichkeit abgetastet. Der als Trigger arbeitende Komparator K liefert dann Triggersignale, die beim Auftreten von Störungen auch von diesen Störungen aus­ gelöst werden.

Es wird daher die Empfindlichkeit so lange verringert, indem nacheinander beispielsweise die Stromquellen SQ4, SQ3 und SQ2 zugeschaltet werden. Die Rückkopplung des Komparators K wird vergrößert und damit die Empfindlichkeit so lange ver­ ringert, bis der Komparator K keine Triggersignale mehr lie­ fert. Nach Erkennen dieses Zustandes wird die Empfindlich­ keit wieder um eine Stufe vergrößert, beispielsweise durch Abschalten der Stromquelle SQ3. Es wird dadurch eine Anpas­ sung erreicht, bei der die Empfindlichkeit so gering wie möglich und so groß wie unbedingt nötig ist. Mit dieser Empfindlichkeit wird die weitere Auswertung des vom Geber G gelieferten Signales S1 durchgeführt. Es damit sicherge­ stellt, daß Störsignale, die beispielsweise durch die er­ wähnten Vibrationen geliefert werden, nicht mehr erfaßt wer­ den.

Durch dieses Verfahren kann eine einmalige Anpassung der Empfindlichkeit für einen speziellen Sensor an den Auswer­ te-IC bzw. an das zugehörige Steuergerät bzw. die zugehörige Auswerteschaltung erfolgen. Die erhaltene optimale Empfind­ lichkeit kann abgespeichert werden und bei jeder neuen Inbe­ triebnahme wiederverwendet werden. Es ist auch möglich, von Zeit zu Zeit unter bestimmten Bedingungen bei einer niedri­ gen definierten Drehzahl die Empfindlichkeitsadaption zu erneuern.

Die Steuerung des beschriebenen Verfahrens kann durch den Mikrocomputer µC übernommen werden, der auch die Drehzahl einliest. Die Schaltung kann in einem anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis IC realisiert werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung der Empfindlichkeit bei einer Aus­ werteschaltung, in der Ausgangssignale eines induktiven Drehzahlgebers, die als Spannungsimpulse auftreten, deren Höhe drehzahlabhängig ist, ausgewertet werden, wobei die Auswerteschaltung Mittel umfaßt, mit denen die Veränderung der Empfindlichkeit während des Betriebes durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer kleinen Spannungshöhe des auszuwertenden Signales die Auswertung zunächst mit hoher Empfindlichkeit erfolgt, daß die Empfindlichkeit dann stufenweise verringert wird, bis das zu auszuwertende Signal nicht mehr erfaßt wird und die Empfindlichkeit dann wieder um eine Stufe erhöht wird und die so erhaltene Empfindlich­ keit für die weitere Auswertung beibehalten wird, wobei die Regelung der Empfindlichkeit mit Hilfe eines Mikrocomputers (µC) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Empfindlichkeit bei jeder neuen Inbetrieb­ nahme durchgeführt wird oder daß die Anpassung der Empfind­ lichkeit nur unter bestimmten vorgebbaren Bedingungen durch­ geführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompara­ tor (K) eingesetzt wird, dessen Eingängen das von einem Geber (G) gelieferte Signal über Widerstände (R1), (R2) und einem Kondensator (C) zugeführt wird, daß der Komparator (K) als Trigger wirkt, wobei seine Empfindlichkeit mittels mehrerer vom Mikrocomputer (µC) zuschaltbarer Stromquellen (SQ1 bis SQ4) einstellbar ist, die einzeln oder gemeinsam zwischen einen Eingang des Operationsverstärker und den Ausgang schaltbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (SQ1 bis SQ4) vom Mikrocomputer (µC) mittels eines Decoders (D) angesteuert werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingängen des Komparators (K) zwei antiparallel geschaltete Dioden (D1 und D2) vorhan­ den sind, zur Beschränkung der Eingangsspannung des Opera­ tionsverstärkers (OP).

6. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang des Komparators (K) über eine Spannungsquelle (Q) mit Masse in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Operationsverstärker (OP), die Dioden (D1, D2), die Spannungsquelle (Q), die Stromquellen (SQ1 bis SQ4) und der Decoder (D) in einem integrierten Schaltkreis (IC) integriert sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis (IC) im Steuergerät einer Brennkraftmaschine oder eines Automatik­ getriebes integriert ist und der Geber (G) über die Widerstände (R1, R2) sowie einen zwischen diesen Widerständen liegenden Kondensator (C) mit dem integrierten Schaltkreis (IC) elektrisch verbunden ist.